(57)【要約】  レーザ光を発するレーザ光源と、前記レーザ光を用いて、画像を表示するための映像光を出射する画像形成要素と、前記映像光を回折する第１回折素子と、前記レーザ光の波長と前記第１回折素子の温度とに基づき、前記画像の表示位置を制御する制御要素と、を備えることを特徴とする画像表示装置。
2011132407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発するレーザ光源と、
前記レーザ光を用いて、画像を表示するための映像光を出射する画像形成要素と、
前記映像光を回折する第１回折素子と、
前記レーザ光の波長と前記第１回折素子の温度とに基づき、前記画像の表示位置を制御する制御要素と、を備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記レーザ光源の温度及び前記レーザ光源の周辺温度のうち少なくとも一方を測定し、第１温度データを出力する第１測温部と、
前記第１回折素子の温度及び前記第１回折素子の周辺温度のうち少なくとも一方を測定し、第２温度データを出力する第２測温部と、を更に備え、
前記制御要素は、前記第１温度データと前記第２温度データとに基づき、前記画像の表示位置を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記制御要素は、前記第１温度データと前記第２温度データとに基づき、前記画像の表示位置に対するシフト量を決定し、該シフト量に関するシフト情報を前記画像形成要素に出力し、
該画像形成要素は、前記シフト情報に基づき、前記画像の表示位置を変更することを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記レーザ光源は、第１色相の第１レーザ光を発する第１レーザ光源と、第２色相の第２レーザ光を発する第２レーザ光源と、を含み、
前記画像は、前記第１レーザ光によって表現される第１画像と前記第２レーザ光によって表現される第２画像とによって表され、
前記シフト情報は、前記第１画像の表示位置のシフト量に関する第１シフト情報と、前記第２画像の表示位置のシフト量に関する第２シフト情報と、を含み、
前記制御要素は、前記第１シフト情報と前記第２シフト情報とに基づき、前記第１画像及び前記第２画像の表示位置をそれぞれ独立に変更することを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記第１回折素子に入射する外光及び前記第１回折素子の周辺に入射する外光のうち少なくとも一方の光量を測定し、前記少なくとも一方の光量に関する光量データを出力する測光部を更に備え、
前記制御要素は、前記第１温度データ、前記第２温度データ及び前記光量データに基づき、前記シフト情報を生成することを特徴とする請求項３又は４に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記第２測温部は、前記映像光の一部を前記第１回折素子と異なる方向に回折する第２回折素子と、該第２回折素子によって回折された前記映像光を受光する受光要素と、を含み、
前記第２回折素子は、該第２回折素子の温度に応じて、前記映像光の回折方向を変化させ、
前記受光要素は、前記回折方向の変化に応じた前記第２温度データを前記制御要素に出力することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記受光要素に設けられたフィルタ要素を更に備え、
該フィルタ要素は、迷光を抑制することを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記画像形成要素は、前記レーザ光を走査し、前記画像を形成し、
前記受光要素は、複数の受光領域を含むことを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記受光要素は、前記回折方向の変化方向に整列された複数の受光領域を含むことを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記レーザ光源へ電力を供給する電源要素を更に備え、
前記受光要素が前記映像光を受光しないとき、又は、前記受光要素が受光した前記映像光の光量が、該光量に対して定められた光量閾値を下回るとき、前記制御要素は、前記電源要素を制御し、前記電力の供給を停止させることを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記制御要素は、前記レーザ光源の温度特性と前記第１回折素子の温度特性とを含む温度特性データを記憶する記憶部と、
前記第１温度データ、前記第２温度データ及び前記温度特性データに基づき、前記シフト情報を生成する生成部と、
前記シフト情報を含む信号を生成及び出力する出力部と、を含むことを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記レーザ光の波長を測定し、該波長に関する波長データを出力する波長測定部を更に備え、
前記制御要素は、前記波長データと前記第２温度データとに基づき、前記画像の表示位置を制御することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記波長測定部は、前記レーザ光を回折するホログラム素子と、該ホログラム素子によって回折された前記レーザ光を受光し、前記ホログラム素子の回折角の変化を検出する受光アレイと、を含み、
前記ホログラム素子は、前記レーザ光の波長に応じて、該レーザ光に対する回折角を変化させることを特徴とする請求項１２に記載の画像表示装置。
【請求項１４】
前記波長測定部は、前記レーザ光の一部を透過させる透過要素と、該透過要素を透過した前記レーザ光の光量を検出する光量検出部と、を含み、
前記透過要素は、前記レーザ光の波長に応じて、前記レーザ光の透過光量を変動させ、
前記光量検出部は、前記透過光量の変動に基づき、前記波長データを生成することを特徴とする請求項１３に記載の画像表示装置。
【請求項１５】
前記画像形成要素は、前記レーザ光を走査するための反射素子を含むことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１６】
前記反射素子は、静電駆動又は圧電駆動されるＭＥＭＳミラーを含むことを特徴とする請求項１５に記載の画像表示装置。
【請求項１７】
前記第１回折素子は、車両のフロントガラスに取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項１８】
請求項６乃至９のいずれか１項に記載の画像表示装置が車両に搭載された車載用画像表示装置であって、
前記車両を運転する運転者と前記車両のフロントガラスとの間に配設された前記受光要素は、第１受光領域と、前記第１受光領域よりも前記運転者の近くに配設された第２受光領域と、を含み、
前記第２受光領域は、前記第１受光領域よりも大きな受光面を有することを特徴とする車載用画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源が発するレーザ光を用いて画像を形成する画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザダイオードといったレーザ光源から発せられるレーザビームを用いて画像を表示する様々な画像表示装置が提案されている。画像表示装置として、ビームを走査し、画像を形成する電子印刷装置（レーザプリンタや複写機）が例示される。他の画像表示装置として、写真を焼き付けるために、印画紙に赤・緑・青のレーザ光を直接照射するフォトプロッタが例示される。更に他の画像表示装置として、映像を表示するために、赤・緑・青のレーザ光を、上述の印画紙に代えて、スクリーンに照射するプロジェクタが例示される。画像表示装置として用いられる他のプロジェクタは、超小型液晶素子やデジタルミラーデバイスといった２次元変調素子を照明し、画像を表示する。【０００３】
上述の様々な画像表示装置に用いられるレーザ光源として、半導体レーザダイオード（ＬＤ）や半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）が例示される。半導体レーザダイオード（ＬＤ）や半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）といった発光素子の温度上昇は、発光スペクトルの中心波長の長波長側へのシフトやスペクトル形状自体の変化を引き起こすことが知られている。特定の半導体レーザ光源や発光ダイオードは、投入電流の値に応じて、中心波長やスペクトル形状の変化を引き起こすことも知られている。【０００４】
特許文献１は、プロジェクタのＬＥＤの輝度調整時における発光スペクトルの変化を抑制するためのＬＥＤの駆動方法を開示する。特許文献１によれば、画像信号の色成分に対する分析結果に基づき、複数の光量制御モードが切り替えられる。【０００５】
特許文献２は、光源の温度上昇に起因する発光中心波長の長波長側へのシフトを防止するための方法を開示する。特許文献２によれば、光源は、パルス状に変調される。必要とされる光量に応じて、光源の点灯時間と非点灯時間との比率が調整される結果、光源の温度上昇が抑制される。この結果、波長シフトが生じにくくなる。【０００６】
特許文献３は、ホログラムミラーを備えるヘッドマウントディスプレイを開示する。特許文献３の開示技術は、レーザ光源の温度変化が引き起こす波長シフトに起因するホログラムミラーの回折効率・回折角の変化の低減に取り組む。特許文献３は、レーザ光源の温度を一定にするための光源の放熱方法や、中心波長が異なる光源を複数設ける方法を提案する。【０００７】
上述の特許文献１及び２の開示技術は、実際の使用条件下における制御に課題を残している。実際の使用条件下においては、温度変化及び投入電力の変化による波長シフトが同時に生ずるので、発光スペクトルの変化の抑制や発光中心波長のシフトの防止は難しい。【０００８】
また、スペクトル幅の狭いレーザ光源への投入電流の変化は、スペクトル幅を拡げてしまうこともある。したがって、温度に起因する波長シフトのみを投入電流を用いて補償可能であるか否かは、十分に検証されていない。【０００９】
特許文献３の開示技術が提案する光源の温度管理だけでは、波長シフトの変化は、抑制されない。加えて、特許文献３の開示技術は、発光中心波長が異なる光源を複数設けることを要求するので、コスト面でも課題を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開2008-102442号公報
【特許文献２】特開2009-99701号公報
【特許文献３】特開2007-226190号公報
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、高画質の画像を表示する画像表示装置を提供することを目的とする。
【００１２】
本発明の一の局面に係る画像表示装置は、レーザ光を発するレーザ光源と、前記レーザ光を用いて、画像を表示するための映像光を出射する画像形成要素と、前記映像光を回折する第１回折素子と、前記レーザ光の波長と前記第１回折素子の温度とに基づき、前記画像の表示位置を制御する制御要素と、を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に従う画像表示装置として例示されるヘッドアップディスプレイ装置の内部構造の概略図である。
【図２】図１に示されるヘッドアップディスプレイ装置の位置制御部の構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】周辺温度と表示される画像の位置のシフト量との関係を表す概略的なプロット図である。
【図４】画像の表示位置の補正手法を表す概略図である。
【図５】第２実施形態の画像表示装置として例示されるヘッドアップディスプレイ装置の概略図である。
【図６】図５に示されるヘッドアップディスプレイ装置の第２ホログラムを用いたホログラム光学素子の温度の測定を説明する概略図である。
【図７】図５に示されるヘッドアップディスプレイ装置の位置制御部の構成を概略的に示すブロック図である。
【図８】画像の表示位置を決定するための制御方法を表す概略的なフローチャートである。
【図９】図８に示されるフローチャートに従う制御に基づき変動する映像光の光路を概略的に示す。
【図１０Ａ】レーザ光の波長の変動に関する波長データを取得するための光学系の概略図である。
【図１０Ｂ】レーザ光の波長の変動に関する波長データを取得するための光学系の概略図である。
【図１１】運転者の眼の位置に応じた画像の表示位置の調整手法を表す概略図である。
【図１２】走査光学系が組み込まれたヘッドアップディスプレイ装置の概略図である。
【図１３】車両に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置の概略図である。
【図１４】図１３に示されるヘッドアップディスプレイ装置の内部の構造の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、一実施形態に従う画像表示装置が、図面を用いて説明される。図面中、同一、同様の作用或いは同様の動作をなす構成要素には、同様の符号が付されている。冗長な説明を避けるために、必要に応じて、重複する説明は省略される。一連の実施形態の原理の理解を助けるために、図面に示される構成要素は、模式的に示されている。したがって、図面に示される構成要素の形状も模式的であり、以下に説明される実施形態の原理を何ら限定するものではない。
【００１５】
（一般的なヘッドアップディスプレイ装置）
図１３は、車両に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置の概略図である。図１４は、図１３に示されるヘッドアップディスプレイ装置の内部の構造の概略図である。図１３及び図１４を用いて、ホログラム光学素子を用いた一般的なヘッドアップディスプレイ装置が説明される。尚、後述される一連の実施形態において、ヘッドアップディスプレイ装置は、画像表示装置として例示される。代替的に、以下に説明される一連の実施形態の原理は、画像を表示するための他の装置にも適用可能である。
【００１６】
図１３には、車両ＡＭと、車両ＡＭに搭載されたヘッドアップディスプレイ装置９００が示されている。図１３において、ヘッドアップディスプレイ装置９００は、点線で描かれた矩形枠内に示されている。
【００１７】
ヘッドアップディスプレイ装置９００は、映像光ＩＬを出射する本体部９１０と、ホログラムミラー９２０と、を備える。車両ＡＭは、運転者ＤＲの前方に配置されたフロントガラスＦＧを備える。ホログラムミラー９２０（ホログラム光学素子）は、フロントガラスＦＧに取り付けられる。ホログラムミラー９２０は、本体部９１０が出射した映像光ＩＬを運転者ＤＲに向けて反射する。この結果、映像光ＩＬは、運転者ＤＲに到達する。運転者ＤＲは、映像光ＩＬによって形成された映像を、フロントガラスＦＧの前方の虚像ＶＩとして知覚する。
【００１８】
図１４に示される如く、ヘッドアップディスプレイ装置９００の本体部９１０は、レーザ光源９３０Ｒ、９３０Ｇ、９３０Ｂを備える。レーザ光源９３０Ｒは、赤色のレーザ光を出射する。レーザ光源９３０Ｇは、緑色のレーザ光を出射する。レーザ光源９３０Ｂは、青色のレーザ光を出射する。
【００１９】
ヘッドアップディスプレイ装置９００は、レーザ光源９３０Ｒ、９３０Ｇ、９３０Ｂからのレーザ光を用いて画像を形成する画像形成部９４０（２次元変調素子）を更に備える。画像形成部９４０として、小型の液晶パネルやデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）といった装置が例示される。
【００２０】
ヘッドアップディスプレイ装置９００は、投影レンズ９５０と、中間スクリーン９６０を更に備える。投影レンズ９５０は、上述の画像形成部９４０が生成した映像光ＩＬを中間スクリーン９６０に投影する。
【００２１】
ヘッドアップディスプレイ装置９００は、折返ミラー９７０を更に備える。中間スクリーン９６０を通過した映像光ＩＬは、折返ミラー９７０によって、上述のホログラムミラー９２０に向けて反射される。
【００２２】
ヘッドアップディスプレイ装置９００は、制御部９８０及び映像信号が入力される入力ポート９９０を更に備える。制御部９８０は、入力ポート９９０に入力された映像信号に従って、レーザ光源９３０Ｒ、９３０Ｇ、９３０Ｂや画像形成部９４０を制御する。
【００２３】
レーザ光源９３０Ｒ、９３０Ｇ、９３０Ｂから出射されたレーザ光は、適切な光学系を用いて、合波並びに整形され、その後、画像形成部９４０を照明する。画像形成部９４０は、制御部９８０の制御下で、画像（映像光ＩＬ）を生成し、投影レンズ９５０に出射する。投影レンズ９５０が、中間スクリーン９６０に映像光ＩＬを出射する結果、中間スクリーン９６０上に映像信号に従う映像が投影並びに描画される。
【００２４】
ヘッドアップディスプレイ装置９００が表示する画像を表す画像データは、入力ポート９９０に電気信号として入力される。制御部９８０は、入力ポート９９０に入力された電気信号（画像データ）を、画像形成部９４０を駆動するための駆動信号に変換する。その後、制御部９８０は、駆動信号を画像形成部９４０に出力する。また、制御部９８０は、入力ポート９９０に入力された電気信号（画像データ）に基づき、レーザ光源９３０Ｒ、９３０Ｇ、９３０Ｂそれぞれの点灯のタイミングを調整するためのタイミング信号を生成する。制御部９８０は、タイミング信号に基づき、レーザ光源９３０Ｒ、９３０Ｇ、９３０Ｂそれぞれに必要な電流を供給する。この結果、レーザ光源９３０Ｒ、９３０Ｇ、９３０Ｂは、点灯する。
【００２５】
図１３及び図１４に関連して説明されたヘッドアップディスプレイ装置９００は、周囲の温度変化の影響を受けやすい。例えば、レーザ光源９３０Ｒ、９３０Ｇ、９３０Ｂ、ホログラムミラー９２０や制御部９８０内の画像データを処理するための電気回路の特性は、周囲の温度変化に伴って変動する。
【００２６】
レーザ光源９３０Ｒ、９３０Ｇ、９３０Ｂの温度変化は、出射されるレーザ光の波長のシフトを引き起こす。シフトしたレーザ光の波長は、ホログラムミラー９２０の回折特性に対して不適切なものとなる。この結果、画像の解像度や輝度が低下し、表示される画像の画質が著しく低減する。
【００２７】
画像表示装置の周辺温度は、画像表示装置が使用される環境の温度変化だけでなく、画像表示装置に使用時間に応じて増大する画像表示装置の内部温度の影響も受ける。このため、画像表示装置の周辺温度は、刻々と変化する。
【００２８】
上述の特許文献３の開示技術は、レーザ装置の温度上昇を抑制することのみに有効である。したがって、特許文献３の開示技術は、ホログラムミラーの特性変化とレーザ装置の特性変化との間の同期に取り組むものではない。
【００２９】
本発明者は、使用時におけるレーザ光源の温度変化やホログラムミラーの温度変化といった時々刻々と変化する特性に即時に対応する制御の不存在が、上述の画質の低下を引き起こすことを明らかにした。この事実は、車載用途や屋外での用途といった過酷な条件下での画像表示装置の使用時に特に顕著となる。しかしながら、画像表示装置の一般的な使用条件下においても、画像表示装置が数分間以上使用されると、画像の劣化といった問題が発生する。本発明者は、レーザ光源とホログラム素子といった回折素子とを備える画像表示装置の使用条件が、上述の事実に基づき、制限されるという新たな課題を見出した。以下に説明される一連の実施形態の原理は、一般的な画像表示装置が内包する上述の課題を適切に改善する。
【００３０】
（第１実施形態）
第１実施形態において、画像表示装置としてヘッドアップディスプレイ装置が例示される。第１実施形態の原理では、ホログラム光学素子の周辺の温度とホログラム光学素子の周辺に入射する外光の光量とに基づき、ホログラム光学素子の温度が予測される。また、レーザ光源の温度がモニタされ、レーザ光源から出力されるレーザ光の中心波長が予測される。予測されたホログラム光学素子の温度及びレーザ光の中心波長に基づき、ホログラム光学素子の回折効率が最も高くなる適切な回折角が算出される。画像形成部が形成する画像の表示位置は、算出された回折角の数値に基づき調整される。この結果、運転者が視認する画像の劣化が低減される。
【００３１】
図１は、第１実施形態に従う画像表示装置として例示されるヘッドアップディスプレイ装置の内部構造の概略図である。図１を用いて、第１実施形態のヘッドアップディスプレイ装置が説明される。
【００３２】
ヘッドアップディスプレイ装置１００は、映像光ＩＬを出射する本体部１１０と、車両のフロントガラスＦＧに取り付けられたホログラムミラー１２０と、を備える。ホログラムミラー１２０は、車両を運転する運転者に向けて映像光ＩＬを回折する。本実施形態において、ホログラムミラー１２０は、第１回折素子として例示される。
【００３３】
本体部１１０は、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂを備える。レーザ光源１３０Ｒは、赤色のレーザ光を出射する。レーザ光源１３０Ｇは、緑色のレーザ光を出射する。レーザ光源１３０Ｂは、青色のレーザ光を出射する。本実施形態において、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂのうち１つは、第１レーザ光源として例示され、他のもう１つは、第２レーザ光源として例示される。第１レーザ光源として例示されたレーザ光源から出射されるレーザ光は、第１レーザ光として例示される。また、第１レーザ光源として例示されたレーザ光源から出射されるレーザ光の色相は、第１色相として例示される。第２レーザ光源として例示されたレーザ光源から出射されるレーザ光は、第２レーザ光として例示される。また、第２レーザ光源として例示されたレーザ光源から出射されるレーザ光の色相は、第２色相として例示される。
【００３４】
本体部１１０は、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂからのレーザ光を用いて画像を形成する画像形成部１４０（２次元変調素子）を更に備える。画像形成部１４０として、小型の液晶パネルやデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）といった装置が例示される。画像形成部１４０は、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂからのレーザ光を用いて、画像を表示するための映像光ＩＬを出射する。本実施形態において、画像形成部１４０は、画像形成要素として例示される。
【００３５】
本体部１１０は、投影レンズ１５０と、中間スクリーン１６０を更に備える。投影レンズ１５０は、上述の画像形成部１４０が生成した映像光ＩＬを中間スクリーン１６０に投影する。
【００３６】
本体部１１０は、折返ミラー１７０を更に備える。中間スクリーン１６０を通過した映像光ＩＬは、折返ミラー１７０によって、上述のホログラムミラー１２０に向けて反射される。
【００３７】
本体部１１０は、制御部１８０及び映像信号が入力される入力ポート１９０を更に備える。制御部１８０は、入力ポート１９０に入力された映像信号に従って、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂや画像形成部１４０を制御する。制御部１８０による制御は、後述される。
【００３８】
レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂから出射されたレーザ光は、適切な光学系を用いて、合波並びに整形され、その後、画像形成部１４０を照明する。画像形成部１４０は、制御部１８０の制御下で、画像（映像光ＩＬ）を生成し、投影レンズ１５０に出射する。投影レンズ１５０は、中間スクリーン１６０に映像光ＩＬを出射する結果、中間スクリーン１６０上に映像信号に従う映像が投影並びに描画される。
【００３９】
ヘッドアップディスプレイ装置１００が表示する画像を表す画像データは、入力ポート１９０に電気信号として入力される。制御部１８０は、入力ポート１９０に入力された電気信号（画像データ）を、画像形成部１４０を駆動するための駆動信号に変換する。その後、制御部１８０は、駆動信号を画像形成部１４０に出力する。また、制御部１８０は、入力ポート１９０に入力された電気信号（画像データ）に基づき、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂそれぞれの点灯のタイミングを調整するためのタイミング信号を生成する。制御部１８０は、タイミング信号に基づき、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂそれぞれに必要な電流を供給する。この結果、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂは、点灯する。
【００４０】
本体部１１０は、更に、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂの温度をそれぞれ測定する第１測温部１３１Ｒ、１３１Ｇ、１３１Ｂを更に備える。第１測温部１３１Ｒは、レーザ光源１３０Ｒの温度を測定する。第１測温部１３１Ｇは、レーザ光源１３０Ｇの温度を測定する。第１測温部１３１Ｂは、レーザ光源１３０Ｂの温度を測定する。第１測温部１３１Ｒ、１３１Ｇ、１３１Ｂは、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂの測定温度に基づき、第１温度データを制御部１８０に出力する。第１測温部１３１Ｒ、１３１Ｇ、１３１Ｂは、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂ自体の温度を測定する。代替的に、第１測温部は、レーザ光源の周辺温度を測定してもよい。更に代替的に、第１測温部は、レーザ光源自体の温度とレーザ光源の周辺温度とを測定してもよい。尚、「レーザ光源の周辺温度」との用語は、温度変化に起因するレーザ光の波長の変動（シフト）を予測可能な温度データを取得できるレーザ光源の近傍範囲の温度を意味する。レーザ光源の周辺温度は、例えば、レーザ光源から１０ｃｍ或いは２０ｃｍの範囲の空間の温度であってもよい。
【００４１】
ヘッドアップディスプレイ装置１００は、車両の室内温度を測定する第２測温部１２１を更に備える。第２測温部１２１は、ホログラムミラー１２０の周辺温度を測定するために用いられる。第２測温部１２１は、ホログラムミラー１２０の周辺温度に基づき、制御部１８０に第２温度データを出力する。尚、「ホログラムミラーの周辺温度」との用語は、温度変化に起因するホログラムミラーの回折特性の変動を予測可能な温度データを取得できるホログラムミラーの近傍範囲の温度を意味する。ホログラムミラーの周辺温度は、例えば、ホログラムミラーから１０ｃｍ或いは２０ｃｍの範囲の空間の温度であってもよい。
【００４２】
ヘッドアップディスプレイ装置１００は、車両の室内へ入射する外光の光量を測定する測光部１２２を更に備える。測光部１２２は、ホログラムミラー１２０の周辺に入射する外光の光量を測定するために用いられる。測光部１２２は、測定された外光の光量に基づき、光量データを生成し、制御部１８０へ出力する。尚、「ホログラムミラーの周辺に入射する光量」との用語は、ホログラムミラー自体に入射する外光がホログラムミラーの温度変化に与える影響が推定可能な程度にホログラムミラーに近接した範囲に入射する外光の光量を意味する。ホログラムミラーの周辺に入射する光量は、例えば、ホログラムミラーから１０ｃｍ或いは２０ｃｍの範囲の空間に入射する外光の光量であってもよい。
【００４３】
制御部１８０は、画像の表示位置を制御する位置制御部１８１を備える。第１測温部１３１Ｒ、１３１Ｇ、１３１Ｂ、第２測温部１２１及び測光部１２２の出力データは、位置制御部１８１に入力される。位置制御部１８１は、第１測温部１３１Ｒ、１３１Ｇ、１３１Ｂからの第１温度データに基づき、レーザ光源１３０Ｒから出射される赤色レーザ光の波長シフト、レーザ光源１３０Ｇから出射される緑色レーザ光の波長シフト及びレーザ光源１３０Ｂから出射される青色レーザ光の波長シフトを推定することができる。また、位置制御部１８１は、第２測温部１２１からの第２温度データ及び測光部１２２からの光量データに基づき、ホログラムミラー１２０の温度変化に起因する回折特性の変動を予測することができる。したがって、位置制御部１８１は、レーザ光の波長に関係づけられる第１温度データ並びにホログラムミラー１２０の温度に関連づけられる第２温度データ及び光量データに基づき、レーザ光源１３０Ｒから出射された赤色レーザ光によって描かれる赤色画像、レーザ光源１３０Ｇから出射された緑色レーザ光によって描かれる緑色画像及びレーザ光源１３０Ｂから出射された青色レーザ光によって描かれる青色画像それぞれの表示位置を制御することができる。本実施形態において、赤色画像、緑色画像及び青色画像のうち１つは、第１画像として例示され、他のもう１つは、第２画像として例示される。
【００４４】
制御部１８０は、入力ポート１９０に入力された画像信号を処理する画像信号処理部１８２を更に備える。上述の位置制御部１８１は、第１温度データ、第２温度データ及び光量データに基づいて、赤色画像、緑色画像及び青色画像それぞれに対するシフト量を決定し、シフト量に関するシフト情報を生成する。赤色画像、緑色画像及び青色画像それぞれに対するシフト量に関するシフト情報は、画像信号処理部１８２に入力される。本実施形態において、赤色画像、緑色画像及び青色画像のうち第１画像として例示された画像に対するシフト情報は、第１シフト情報として例示される。赤色画像、緑色画像及び青色画像のうち第２画像として例示された画像に対するシフト情報は、第２シフト情報として例示される。また、位置制御部１８１は、制御要素として例示される。
【００４５】
画像信号処理部１８２は、入力されたシフト情報に基づき、赤色画像、緑色画像及び青色画像の位置が独立して調整されるように画像形成部１４０を駆動する。本実施形態において、画像信号処理部１８２は、画像形成部１４０と合わせて、画像形成要素として例示される。
【００４６】
制御部１８０は、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂに電力を供給する駆動電源１８３を更に備える。画像信号処理部１８２は、入力ポート１９０に入力された画像信号に基づき、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂそれぞれの点灯のタイミングを調整するためのタイミング信号を生成する。タイミング信号は、駆動電源１８３に出力される。駆動電源１８３は、タイミング信号に基づき、必要な電流を供給し、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂそれぞれを点灯する。本実施形態において、駆動電源１８３は、電源要素として例示される。
【００４７】
レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂの点灯の結果、画像形成部１４０において、赤色画像、緑色画像及び青色画像によって表される画像が形成される。上述の如く、赤色画像、緑色画像及び青色画像の表示位置は、シフト情報に基づき、それぞれ適切に調整される。
【００４８】
図２は、赤色画像、緑色画像及び青色画像の表示位置に対するシフト量を調整する位置制御部１８１の構成を概略的に示すブロック図である。図１及び図２を用いて、シフト量の決定手法が説明される。
【００４９】
制御部１８０の位置制御部１８１は、Ａ／Ｄコンバータ１８４を備える。上述の如く、駆動電源１８３によって駆動されるレーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂにそれぞれ取り付けられた第１測温部１３１Ｒ、１３１Ｇ、１３１Ｂは、Ａ／Ｄコンバータ１８４にレーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂの測定温度を表すアナログ信号（第１温度データ）を出力する。また、第２測温部１２１は、ホログラムミラー１２０の周囲の温度を表すアナログ信号（第２温度データ）をＡ／Ｄコンバータ１８４に出力する。測光部１２２は、ホログラムミラー１２０への入射光量を表すアナログ信号（光量データ）をＡ／Ｄコンバータ１８４に出力する。Ａ／Ｄコンバータ１８４は、これらのアナログ信号をデジタル信号に変換する。
【００５０】
位置制御部１８１は、レジスタ１８５を更に備える。Ａ／Ｄコンバータ１８４は、上述のデジタル信号をレジスタ１８５に出力する。レジスタ１８５は、第１温度データに基づき、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂが出射するレーザ光の波長を推定する。また、レジスタ１８５は、第２温度データ及び光量データに基づき、ホログラムミラー１２０の温度を推定する。
【００５１】
レジスタ１８５は、ある温度（例えば、２５℃）においてレーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂから出射されるレーザ光の中心波長及び中心波長の温度変化率を予め記憶する。例えば、レジスタ１８５は、２５℃の温度のレーザ光源１３０Ｂが出射する青色レーザ光の中心波長は、４５０ｎｍであり、青色レーザ光の温度変化率は、０．２ｎｍ／℃であるとの情報を格納する。このとき、第１測温部１３１Ｂからの第１温度データが、４０℃のレーザ光源１３０Ｂの温度を表すならば、レジスタ１８５は、レーザ光源１３０Ｂからの出射される青色レーザ光の中心波長は、４５３ｎｍであると推定する。
【００５２】
レジスタ１８５は、測光部１２２が測定した外光の光量に対するホログラムミラー１２０の温度上昇量を予め記憶する。温度上昇量は、例えば、ある特定の波長の光に対するホログラムミラー１２０の吸収率や比熱といったパラメータを用いて算出される。この結果、ホログラムミラー１２０が光を吸収することに起因する温度上昇量が適切に求められる。
【００５３】
レジスタ１８５は、例えば、測光部１２２が検出した外光の光量とホログラムミラー１２０に実際に照射されている外光の光量との相関関係に関するデータを予め記憶してもよい。レジスタ１８５は、測光部１２２が検出した外光の光量に基づき、ホログラムミラー１２０に実際に照射されている外光の光量を推定することができる。また、レジスタ１８５は、ホログラムミラー１２０に実際に照射されている外光の光量とホログラムミラー１２０の光吸収率とに基づき、ホログラムミラー１２０が吸収する熱エネルギを算出することができる。算出された熱エネルギとホログラムミラー１２０の比熱との乗算によって、レジスタ１８５は、ホログラムミラー１２０の温度上昇量を推定することができる。
【００５４】
ホログラムミラー１２０は、典型的には、波長４００ｎｍ以下の紫外光或いは波長８００ｎｍ以上の赤外光を吸収する。したがって、測光部１２２は、好ましくは、これらの波長域の光の光量を測定することが可能な測定素子を備える。
【００５５】
レジスタ１８５は、算出されたホログラムミラー１２０の温度上昇量と第２測温部１２１から得られた第２温度データとの和をホログラムミラー１２０の温度として推定してもよい。
【００５６】
レジスタ１８５は、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂから出射される赤色レーザ光、緑色レーザ光及び青色レーザ光の波長と画像形成部１４０が形成する画像の表示位置との関係を表すテーブルを格納する。本実施形態において、レジスタ１８５は、記憶部として例示される。
【００５７】
位置制御部１８１は、ホログラムミラー１２０やレーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂの温度変化に起因する画像の表示位置の変動を補償するためのシフト量を算出する演算部１８６を備える。演算部１８６は、レジスタ１８５に格納された上述のテーブルを用いて、シフト量を算出してもよい。本実施形態において、演算部１８６は、生成部として例示される。
【００５８】
位置制御部１８１は、シフト情報に基づき、画像信号処理部１８２にシフト量を通知するための信号を生成する信号生成部１８７を更に備える。画像信号処理部１８２は、入力ポート１９０からの画像信号及び信号生成部１８７からのシフト情報に基づき、画像信号を処理し、画像形成部１４０を駆動並びに制御する。本実施形態において、信号生成部１８７は、出力部として例示される。
【００５９】
第１実施形態の原理に従うならば、画像の表示位置は、周辺温度に応じて変動するレーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂから出射されるレーザ光の中心波長やホログラムミラー１２０の回折角に応じて、所定方向にシフトされる。この結果、車両を運転する運転者は、色ズレといった画質劣化の少ない画像を視認することができる。
【００６０】
図３は、周辺温度と表示される画像の位置のシフト量との関係を表す概略的なプロット図である。図１及び図３を用いて、周辺温度と表示される画像の位置のシフト量との関係が説明される。
【００６１】
図３のプロット図の横軸は、周辺温度及び３０℃の周辺温度を基準とした温度変動量（Δｔ）を示している。図３のプロット図の縦軸は、周辺温度の変動に伴う画像の表示位置の変動（画像シフト量）を示している。本発明者は、周辺温度を変動させ、画像形成部１４０として２次元変調素子を用いたときの赤色画像と青色画像の表示位置の変動を調査し、図３のプロット図を作成した。
【００６２】
図３のプロット図から、以下の特性が明らかとなった。
【００６３】
（１）周辺温度の変動に伴って、画像の表示位置は線形的に変化する。
【００６４】
（２）画像の表示位置のシフト方向は、垂直方向のみである。
【００６５】
本発明者は、レーザ光源１３０Ｒとして、ＧａＡｓ系材料をベースとした赤色半導体レーザ光源を用いた。また、本発明者は、レーザ光源１３０Ｂとして、ＧａＮ系材料をベースとした青色半導体レーザ光源を用いた。赤色半導体レーザ光源によって描かれる赤色画像のシフト量は、青色半導体レーザ光源によって描かれる青色画像のシフト量と相違する。しかしながら、両画像のシフト量の変動は線形であることから、周辺温度に対して線形的にシフト量が補正されることによって、運転者が視認する画像の劣化が抑制されることが分かる。
【００６６】
図４は、図３に示される上述の関係を用いた画像の表示位置の補正手法を表す概略図である。図１乃至図４を用いて、画像の表示位置の補正が説明される。
【００６７】
図４中、温度変動量が０℃であるときの赤色画像の映像光ＩＬは、点線で示されている。また、温度変動量が５５℃であるときの赤色画像の映像光ＩＬは、実線で示されている。図４中、運転者ＤＲの眼の位置は、一定である。
【００６８】
温度変動量が０℃であるときの中間スクリーン１６０上の赤色画像の表示位置は、図４において、表示領域ＤＡ１として示されている。温度変動量が０℃であるとき、レーザ光源１３０Ｒからの赤色のレーザ光によって描かれる赤色画像が、表示領域ＤＡ１に照射されると、映像光ＩＬは、折返ミラー１７０及びホログラムミラー１２０を介して、運転者ＤＲの眼に到達する。この結果、運転者ＤＲは、フロントガラスＦＧの前方に虚像ＶＩを知覚する。
【００６９】
図３に示される如く、周辺温度の変動量が５５℃になると、赤色画像は、約１．８ｍｍだけ上方にシフトする。図１及び図２に関連して説明された如く、位置制御部１８１は、「１．８ｍｍ」のシフト量を表すシフト情報を画像信号処理部１８２に出力する。この結果、画像信号処理部１８２は、表示領域ＤＡ１に対して１．８ｍｍだけ下方に移動した表示領域ＤＡ２に赤色画像が表示されるように画像形成部１４０を制御する。かくして、運転者ＤＲは、温度変動量が０℃であるときの虚像ＶＩと同じ位置で、虚像ＶＩを視認することができる。尚、表示領域ＤＡ１から表示領域ＤＡ２への画像の表示位置の変位がないならば、運転者ＤＲは、画像中の色ズレ（画質の劣化）を知覚することとなる。
【００７０】
ホログラムミラー１２０が、ホログラムミラー１２０に照射されるレーザ光を吸収する結果、ホログラムミラー１２０の温度が上昇することもある。尚、ホログラムミラー１２０の周辺温度やホログラムミラー１２０へ入射する外光に起因するホログラムミラー１２０の温度変化と比較すると、レーザ光の吸収に起因するホログラムミラー１２０の温度上昇は小さい。しかしながら、レジスタ１８５は、好ましくは、ホログラムミラー１２０の周辺温度やホログラムミラー１２０へ入射する外光の光量に基づき予測される温度上昇量よりも、レーザ光の吸収に起因する温度上昇分だけ高い温度を予測してもよい。この結果、レーザ光の吸収に起因するホログラムミラー１２０の温度上昇の影響が緩和され、高い精度で画像の位置調整がなされる。
【００７１】
ホログラムミラー１２０の温度は、特に、フロントガラスＦＧに入射する太陽光の光量によって大きく変化する。したがって、第２測温部１２１及び測光部１２２は、好ましくは、フロントガラスＦＧに入射する太陽光が遮られない位置に配設される。例えば、第２測温部１２１及び測光部１２２は、フロントガラスＦＧの下部やダッシュボードの上に配設されてもよい。これらの適切な位置に第２測温部１２１及び測光部１２２が配設されるならば、ホログラムミラー１２０の実温度に対する誤差が好適に低減される。第２測温部１２１及び測光部１２２の実測面が太陽光の入射方向に対して垂直に近づけられるように、第２測温部１２１及び測光部１２２の測定部は、好ましくは、フロントガラスＦＧ側に傾斜して配設されてもよい。
【００７２】
本実施形態において、第２測温部１２１は、ホログラムミラー１２０の周辺温度を測定する。代替的に、ホログラムミラー自体の温度が測定されてもよい。更に代替的に、ホログラムミラーの周辺温度及びホログラムミラー自体の温度の両方が測定されてもよい。
【００７３】
本実施形態において、測光部１２２は、ホログラムミラー１２０の周辺に入射する外光の光量を測定する。代替的に、ホログラムミラー自体に入射する外光の光量が測定されてもよい。更に代替的に、ホログラムミラーの周囲に入射する外光の光量及びホログラムミラー自体に入射する外光の光量の両方が測定されてもよい。
【００７４】
（第２実施形態）
第２実施形態において、ホログラム光学素子の温度は、ホログラム光学素子のうち画像の表示に寄与しない領域に設けられたホログラムパターンを用いて測定される。温度測定のために形成されたホログラムパターンによって回折されたレーザビームの位置に基づいて、ホログラム光学素子の温度が判定され、表示される画像のシフト量が決定される。
【００７５】
図５は、第２実施形態の画像表示装置として例示されるヘッドアップディスプレイ装置の概略図である。図５を用いて、第２実施形態のヘッドアップディスプレイ装置が説明される。
【００７６】
本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１００Ａは、フロントガラスＦＧの取り付けられたホログラム光学素子１２０Ａと、ホログラム光学素子１２０Ａに映像光ＩＬを出射する本体部１１０Ａと、を備える。ホログラム光学素子１２０Ａは、運転者に画像を視認させるように映像光ＩＬを回折する第１ホログラム１２５と、ホログラム光学素子１２０Ａの温度の測定のために用いられる第２ホログラム１２６と、を備える。第２ホログラム１２６は、第１ホログラム１２５に隣接して配設される。本実施形態において、第１ホログラム１２５は、第１回折素子として例示される。
【００７７】
本体部１１０Ａは、第１実施形態に関連して説明された本体部１１０と同様に、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂ、画像形成部１４０、投影レンズ１５０、中間スクリーン１６０、折返ミラー１７０及び第１測温部１３１Ｒ、１３１Ｇ、１３１Ｂを備える。ヘッドアップディスプレイ装置１００Ａは、第１実施形態に関連して説明されたヘッドアップディスプレイ装置１００と同様に、第２測温部１２１を更に備える。
【００７８】
本体部１１０Ａから出射される映像光ＩＬの一部は、第２ホログラム１２６へ入射する。第２ホログラム１２６は、映像光ＩＬの一部を回折する。ヘッドアップディスプレイ装置１００Ａは、第２ホログラム１２６が回折した回折光ＤＬを受光する受光部１２２Ａと、制御部１８０Ａを更に備える。
【００７９】
運転者に向けて映像光ＩＬを回折する第１ホログラム１２５と異なり、第２ホログラム１２６は、受光部１２２Ａに向けて映像光ＩＬの一部を回折する。第２ホログラム１２６は、第２ホログラム１２６の温度に応じて回折方向を変化させる。受光部１２２Ａは、回折光ＤＬの受光位置に関する情報を含む回折位置データを出力する。第２測温部１２１は、車両の室内温度に関する情報を含む室内温度データを出力する。本実施形態において、回折位置データ及び室内温度データは、第２温度データとして例示される。また、第２ホログラム１２６は、第２回折素子として例示される。受光部１２２Ａは、受光要素として例示される。
【００８０】
制御部１８０Ａは、位置制御部１８１Ａを備える。第１測温部１３１Ｒ、１３１Ｇ、１３１Ｂからの第１温度データ、第２測温部１２１からの室内温度データ及び受光部１２２Ａからの回折位置データは、位置制御部１８１Ａにそれぞれ入力される。位置制御部１８１Ａは、第１温度データに基づき、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂから出射されるレーザ光の波長を推定する。また、位置制御部１８１Ａは、室内温度データ及び回折位置データに基づき、ホログラム光学素子１２０Ａの温度を推定する。
【００８１】
本実施形態の原理によれば、ホログラム光学素子１２０Ａの温度は、ホログラム光学素子１２０Ａに直接的に取り付けられた測温部を要することなく、適切に推定される。ホログラム光学素子１２０Ａの実際の測定温度に基づくよりも、回折位置データは、ホログラム光学素子１２０Ａの温度変動が、ホログラム光学素子１２０Ａの回折角に与える影響を正確に表す。ホログラム光学素子１２０Ａの回折角に対する温度特性が、正確に把握されるので、表示される画像の位置は、一層正確に制御される。
【００８２】
本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１００Ａは、車両に搭載される。したがって、ホログラム光学素子１２０Ａは、車両のフロントガラスＦＧに取り付けられる。上述の如く、ホログラム光学素子１２０Ａの温度を測定するための測温部は必要とされないので、運転者の視界を妨げる測温部への配線も不要となる。したがって、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１００Ａは、車載用途に好適である。
【００８３】
制御部１８０Ａは、第１実施形態に関連して説明された制御部１８０と同様に、画像信号処理部１８２及び駆動電源１８３を更に備える。位置制御部１８１Ａは、第１温度データ、回折位置データ及び室内温度データに基づき、画像の表示位置のシフト量に関するシフト情報を画像信号処理部１８２に出力する。画像信号処理部１８２は、シフト情報及び画像信号に基づき、画像形成部１４０を制御並びに駆動する。
【００８４】
位置制御部１８１Ａは、駆動電源１８３を制御するための制御信号を生成してもよい。駆動電源１８３は、制御信号に基づき、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂへ電流信号を出力する。この結果、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂは、画像信号に従って点灯する。
【００８５】
ヘッドアップディスプレイ装置１００Ａは、受光部１２２Ａに取り付けられた光学フィルタを備えてもよい。光学フィルタは、好ましくは、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂから出射されるレーザ光の波長以外の光の受光部１２２Ａへの到達を妨げる。変調された光源がレーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂとして用いられるならば、変調信号「（ｆ）＋Δｆ」の信号で駆動された光源から発せられたレーザ光は、受光部１２２Ａの受光によって発生する信号と変調信号（ｆ）とで、ヘテロダイン検波される。この結果、画像の表示位置に対する外光の影響が低減される。かくして、画像の表示位置が画像のシフト量を増大させる方向へ誤作動するといった不適切な制御が生じにくくなる。
【００８６】
図６は、第２ホログラム１２６を用いたホログラム光学素子１２０Ａの温度の測定を説明する概略図である。図５及び図６を用いて、ホログラム光学素子１２０Ａの温度の測定が説明される。
【００８７】
本体部１１０Ａから出射される映像光ＩＬのうち、運転者に表示される内容を表す部分は、第１ホログラム１２５に入射する。映像光ＩＬは、運転者に表示される内容を表す部分に加えて、運転者に表示される内容を表さない部分（温度測定光）を含む。温度測定光は、第２ホログラム１２６に入射する。
【００８８】
第２ホログラム１２６は、運転者への画像表示に用いられる第１ホログラム１２５とは異なる回折角を有する。第２ホログラム１２６は、運転者へ向けて、映像光ＩＬを回折せず、本体部１１０Ａに向けて映像光ＩＬを回折する。
【００８９】
第２ホログラム１２６によって回折された回折光ＤＬの方向は、第２ホログラム１２６の温度とレーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂの発振波長に応じて変動する。したがって、回折光ＤＬの方向によって、ホログラム光学素子１２０Ａの回折角は、略リアルタイムで検出される。
【００９０】
位置制御部１８１Ａは、好ましくは、ホログラム光学素子１２０Ａの温度と、受光部１２２Ａへの回折光ＤＬの入射位置又は回折光ＤＬの回折方向との関係を表す情報を予め記憶している。回折光ＤＬの入射位置や回折光ＤＬの回折方向の情報として、受光部１２２Ａに設定された基準位置からの入射位置の変位量や回折方向の変位量が用いられてもよい。この結果、受光部１２２Ａが回折光ＤＬを検出すると、位置制御部１８１Ａは、受光部１２２Ａに対する回折光ＤＬの入射位置や回折光ＤＬの回折方向に基づき、ホログラム光学素子１２０Ａの温度を算出することができる。したがって、本実施形態の原理によれば、ホログラム光学素子１２０Ａの温度は、直接的な測定なしに、適切に検出される。
【００９１】
図６に示される如く、ヘッドアップディスプレイ装置１００Ａは、好ましくは、受光部１２２Ａに取り付けられたウェッジ型のフィルタ要素１２３を備えてもよい。フィルタ要素１２３は、ウェッジ型の断面を有するので、迷光は生じにくくなる。フィルタ要素１２３は、回折光ＤＬの不要な方向への反射を防止するので、誤った情報が運転者に提供されにくくなる。尚、フィルタ要素１２３は、迷光を抑制するだけでなく、上述の光学フィルタと同様に、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂから出射されるレーザ光の波長以外の光の受光部１２２Ａへの到達を妨げてもよい。
【００９２】
図７は、赤色画像、緑色画像及び青色画像の表示位置に対するシフト量を調整する位置制御部１８１Ａの構成を概略的に示すブロック図である。図６及び図７を用いて、シフト量の決定手法が説明される。
【００９３】
制御部１８０Ａの位置制御部１８１Ａは、Ａ／Ｄコンバータ１８４を備える。上述の如く、駆動電源１８３によって駆動されるレーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂにそれぞれ取り付けられた第１測温部１３１Ｒ、１３１Ｇ、１３１Ｂは、Ａ／Ｄコンバータ１８４にレーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂの測定温度を表すアナログ信号（第１温度データ）を出力する。また、第２測温部１２１は、車両の室内温度を表すアナログ信号（室内温度データ）をＡ／Ｄコンバータ１８４に出力する。受光部１２２Ａは、回折光ＤＬの入射位置或いは回折方向を表すアナログ信号（回折位置データ）をＡ／Ｄコンバータ１８４に出力する。Ａ／Ｄコンバータ１８４は、これらのアナログ信号をデジタル信号に変換する。
【００９４】
位置制御部１８１Ａは、受光部１２２Ａからの回折位置データに従い、画像の表示位置を変化させるか否かを判定する演算部１８６Ａを備える。
【００９５】
位置制御部１８１Ａは、レジスタ１８５Ａを更に備える。レジスタ１８５Ａは、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂの発振波長及びホログラム光学素子１２０Ａの温度特性をテーブルとして格納する。レジスタ１８５Ａは、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂの発振波長の初期値やその後の発振波長の変動に対応する温度特性を格納してもよい。レジスタ１８５Ａが、これらの温度特性を格納するならば、位置制御部１８１Ａによる制御のための演算処理が高速化される。したがって、ホログラム光学素子１２０Ａの回折角の温度変化は、より短時間に補償されることとなる。
【００９６】
レジスタ１８５Ａは、ホログラム光学素子１２０Ａの温度と、受光部１２２Ａへの回折光ＤＬの入射位置又は回折光ＤＬの回折方向との関係を表す情報を予め記憶している。回折光ＤＬの入射位置や回折光ＤＬの回折方向の情報として、受光部１２２Ａに設定された基準位置からの入射位置の変位量や回折方向の変位量が用いられてもよい。
【００９７】
レジスタ１８５Ａは、ホログラム光学素子１２０Ａの温度に対して最適なレーザ光の波長に関する波長情報を予め記憶している。演算部１８６Ａは、波長情報に基づき、ホログラム光学素子１２０Ａの現在温度に対する最適な回折角を算出し、シフト情報を出力する。
【００９８】
位置制御部１８１Ａは、信号生成部１８７Ａを更に備える。信号生成部１８７Ａは、演算部１８６Ａからのシフト情報に基づき、画像信号処理部１８２にシフト量を通知するための信号を生成する。画像信号処理部１８２は、画像信号及び信号生成部１８７からのシフト情報に基づき、画像信号を処理し、画像形成部１４０を駆動並びに制御する。
【００９９】
尚、レジスタ１８５Ａは、受光部１２２Ａへの回折光ＤＬの入射位置又は回折光ＤＬの回折方向といった回折光ＤＬの回折特性と、ホログラム光学素子１２０Ａに対して最適なレーザ光の波長との関係を表す情報を格納してもよい。
【０１００】
受光部１２２Ａに回折光ＤＬが入射しないとき、又は、回折光ＤＬの光量に対して予め設定された光量閾値を下回る回折光ＤＬの光量が検出されたとき、位置制御部１８１Ａは、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂへの電流の供給を停止するための制御信号を駆動電源１８３へ出力してもよい。この結果、本体部１１０Ａからの映像光ＩＬの出射が停止される。
【０１０１】
上述の映像光ＩＬの停止機能の結果、例えば、ヘッドアップディスプレイ装置１００Ａが搭載された車両が事故により破損しても、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂへの電力供給が停止されているので、レーザ光は、ヘッドアップディスプレイ装置１００Ａ外に放射されない。かくして、意図しない場所へのレーザ光の放射が生じにくくなる。位置制御部１８１Ａに設定される光量閾値は、任意に設定される。光量閾値は、例えば、ヘッドアップディスプレイ装置１００Ａが駆動されていないとき（即ち、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂからのレーザ光の出射が停止されているとき）に受光部１２２Ａが検出する光量以上の値に設定されてもよい。尚、光量閾値の上限は、例えば、ヘッドアップディスプレイ装置１００Ａが正常に駆動されている間、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂへの電力供給が不必要に遮断されないように適宜定められる。
【０１０２】
本実施形態の原理によれば、図５に関連して説明された如く、ホログラム光学素子１２０Ａの温度は、第２ホログラム１２６からの回折光ＤＬの回折角度を用いて測定される。したがって、受光部１２２Ａは、複数の受光領域を有する。
【０１０３】
第１実施形態に関連して説明された如く、画像形成部１４０が２次元変調素子であるならば、画像の表示位置は、周辺温度の変動に伴って垂直方向のみにシフトする。したがって、受光部１２２Ａは、好ましくは、回折角を検出するように配列された複数の受光素子を含むラインセンサであってもよい。
【０１０４】
画像形成部１４０は、例えば、ＭＥＭＳを含んでもよい。この場合、画像形成部１４０は、ホログラム光学素子１２０Ａ上にレーザビームを走査し、画像を形成する。ＭＥＭＳ自体の走査角も温度に影響を受けるので、受光部１２２Ａは、２次元アレイ型の受光素子を含むことが好ましい。
【０１０５】
受光部１２２Ａが複数の受光領域を有するならば、演算部１８６Ａは、複数の受光領域に入射した回折光ＤＬの光量を演算することが好ましい。例えば、４分割された受光領域を有する受光部１２２Ａが用いられるならば、演算部１８６Ａは、４分割された受光領域からのプッシュプル信号を算出し、受光部１２２Ａに入射した回折光ＤＬの中心位置を算出することができる。
【０１０６】
図６に示される如く、受光部１２２Ａの受光領域は、好ましくは、回折光ＤＬの回折角の温度変化の方向に沿って分割される。この結果、複数の受光領域が、回折光ＤＬの回折角の温度変化の方向に沿って整列する。受光部１２２Ａが、車両を運転する運転者と車両のフロントガラスＦＧとの間に配設されたダッシュボード上に配設されるならば、フロントガラスＦＧから運転者に近づくにつれて、分割された受光領域の面積が小さく設定されることが好ましい。図６には、フロントガラスに近い領域Ａに形成された複数の受光領域それぞれの面積は、運転者に近い領域Ｂに形成された複数の受光領域それぞれの面積より大きい。この結果、回折角の温度変化に応じて、受光部１２２Ａ上での回折光ＤＬの入射位置が大きく変動しても、プッシュプル信号の算出が容易に行われる。また、受光部１２２Ａに入射する回折光ＤＬのスポット径が比較的大きくとも、ホログラム光学素子１２０Ａの温度が適切に算出される。
【０１０７】
レジスタ１８５Ａが受光部１２２Ａに入射する回折光ＤＬの中心位置とホログラム光学素子１２０Ａの温度との関係を表すデータを予め記憶しているならば、演算部１８６Ａは、受光部１２２Ａからの受光信号からホログラム光学素子１２０Ａの温度を算出することができる。レジスタ１８５Ａが受光部１２２Ａに入射する回折光ＤＬの中心位置とホログラム光学素子１２０Ａの温度上昇との関係を表すデータを予め記憶しているならば、第１実施形態と同様に、第２測温部１２１が取得する測定値を用いて、ホログラム光学素子１２０Ａの温度が算出される。演算部１８６Ａは、受光部１２２Ａからの受光信号に基づき、ホログラム光学素子１２０Ａの温度に対して定められた基準温度からの温度変化を算出し、その後、算出された温度変化と第２測温部１２１からの測定値を用いて、ホログラム光学素子１２０Ａの温度を算出してもよい。尚、演算部１８６Ａは、第１実施形態と同様に、第２測温部１２１からの出力と受光部１２２Ａからの出力とを用いて、画像の表示位置に対する補正量を算出してもよい。
【０１０８】
本実施形態において、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂは、順次駆動（フィールドシーケンシャル駆動）される。したがって、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂそれぞれに対して、上述の画像の表示位置に対する制御ループが順次適用されてもよい。したがって、ホログラム光学素子１２０Ａの現在温度に対するレーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂの発振波長のずれが適切に検出される。
【０１０９】
順次駆動されるレーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂは、好ましくは、パルス状に駆動される。この結果、シグナル／ノイズ比が好適に低減される。かくして、外光に起因するノイズの影響が低減される。
【０１１０】
（表示位置に対する制御方法）
図８は、画像の表示位置を決定するための制御方法を表す概略的なフローチャートである。図９は、図８に示されるフローチャートに従う制御に基づき変動する映像光ＩＬの光路を概略的に示す。尚、図９には、図４と同様に、ホログラム光学素子１２０Ａの温度変動Δｔが０℃のときの映像光ＩＬの光路が点線で示され、温度変動Δｔが５５℃のときの映像光ＩＬの光路が実線で示されている。図５、図８及び図９を用いて、ホログラム光学素子１２０Ａの温度及びレーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂの発振波長に基づき、画像の表示位置を補償する方法が説明される。尚、図８は、図９示される光学的構成を用いて実行される制御を表す。したがって、他の光学的構成が用いられるならば、表示される画像のシフト方向やシフト量は図８の説明とは相違してもよい。
【０１１１】
図８に示されるフローチャートに従って、画像の表示位置に対する制御方法が説明される。尚、上述の如く、画像表示装置として例示されるヘッドアップディスプレイ装置１００Ａは、第２測温部１２１を備える。第２測温部１２１からの出力に基づき、第２ホログラム１２６からの回折光ＤＬの移動方向が正常であるか否かが判定されてもよい。
【０１１２】
（ステップＳ１１０）
制御が開始されると、ステップＳ１１０が実行される。ステップＳ１１０において、受光部１２２Ａ上での回折光ＤＬの移動量（ｘ）が計測される。位置制御部１８１Ａは、計測された回折光ＤＬの移動量の絶対値ａｂｓ（ｘ）に対して定められた閾値Ｘｓｅｔを予め記憶している。位置制御部１８１Ａは、回折光ＤＬの移動量の絶対値ａｂｓ（ｘ）と閾値Ｘｓｅｔとを比較する。絶対値ａｂｓ（ｘ）がＸｓｅｔ以下であるならば、ステップＳ１２０が実行される。絶対値ａｂｓ（ｘ）がＸｓｅｔより大きいならば、ステップＳ１３０が実行される。
【０１１３】
（ステップＳ１２０）
図８に示される如く、ステップＳ１１０とステップＳ１２０との間で処理が繰り返されるループ１が規定されている。位置制御部１８１Ａには、ループ１の連続的な通過の回数に対して定められた閾値ｒが予め設定されている。ループ１を連続的に通過する処理がｒ回繰り返されると、位置制御は終了する。
【０１１４】
（ステップＳ１３０）
ステップＳ１３０において、第２測温部１２１は、車両の室内の温度を周辺温度として測定する。位置制御部１８１Ａには、測定される周辺温度に対して定められた温度範囲に関する閾値範囲が予め設定されている。閾値範囲外の温度が測定されるならば、制御エラーとして、制御が終了され、エラーフラグが立てられる。閾値範囲内の温度が測定されるならば、ステップＳ１４０が実行される。
【０１１５】
（ステップＳ１４０）
ステップＳ１４０において、第１測温部１３１Ｒ、１３１Ｇ、１３１Ｂは、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂの温度ｔを測定する。位置制御部１８１Ａには、測定されたレーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂの温度に対して定められた閾値温度ｔｓｅｔが予め設定されている。位置制御部１８１Ａは、測定されたレーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂの温度ｔと、閾値温度ｔｓｅｔとを比較する。測定された温度ｔが、閾値温度ｔｓｅｔ以下であるならば、ステップＳ１５０が実行される。測定された温度ｔが、閾値温度ｔｓｅｔより大きいならば、ステップＳ１６０が実行される。
【０１１６】
（ステップＳ１５０）
ステップＳ１５０において、位置制御部１８１Ａは、温度変動Δｔが０℃であるときの表示領域ＤＡ１より上方に表示領域をシフトさせる。その後、ステップＳ１７０が実行される。
【０１１７】
（ステップＳ１６０）
ステップＳ１６０において、位置制御部１８１Ａは、温度変動Δｔが０℃であるときの表示領域ＤＡ１より下方に表示領域をシフトさせる。その後、ステップＳ１７０が実行される。
【０１１８】
図８に示される如く、ステップＳ１１０からステップＳ１７０までの処理が繰り返されるループ２が規定されている。位置制御部１８１Ａには、ループ２の連続的な通過の回数に対して定められた閾値ｓが予め設定されている。ループ２を連続的に通過する処理がｓ回繰り返されると、制御が終了され、エラーフラグが立てられる。
【０１１９】
図８に示されるフローチャートに従う制御が実行され、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１００Ａは、画像の表示位置を適切に調整することができる。
【０１２０】
（波長データの取得）
第１実施形態及び第２実施形態に関連して説明された原理において、半導体レーザ装置の温度に基づき、発振中心波長が予測されている。代替的に、半導体レーザ装置の発振波長が直接的に測定されてもよい。半導体レーザ装置の発振波長の直接的な測定の結果、光源から発せられるレーザ光の波長シフト量に関する正確な情報が取得される。この結果、画像の表示位置に対する制御の精度が向上する。
【０１２１】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、レーザ光の波長の変動に関する波長データを取得するための光学系の概略図である。図１０Ａ及び図１０Ｂに関連して説明される波長データの取得原理は、上述の第１実施形態及び第２実施形態に関連して説明された画像表示装置に好適に組み込まれる。図１、図５、図１０Ａ及び図１０Ｂを用いて、波長データを取得するための光学系が説明される。
【０１２２】
図１０Ａは、波長データを取得するための光学系２００を概略的に示す。光学系２００は、半導体レーザ光源２１０を備える。半導体レーザ光源２１０は、レーザ光ＬＢを出射する。半導体レーザ光源２１０は、図１及び図５に関連して説明されたレーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂのいずれかに該当する。
【０１２３】
光学系２００は、コリメータレンズ２２０と、ビームスプリッタ２３０と、を更に備える。コリメータレンズ２２０は、半導体レーザ光源２１０からのレーザ光ＬＢを平行光にする。その後、レーザ光ＬＢは、ビームスプリッタ２３０に伝搬する。ビームスプリッタ２３０は、画像を運転者に提供するためのディスプレイ光学系に向かう第１光路と、第１光路から分岐し、波長データを取得するための第２光路とを規定する。したがって、ビームスプリッタ２３０は、コリメータレンズ２２０からのレーザ光ＬＢを第１光路に向かう光と第２光路に向かう光とに分離する。
【０１２４】
第１光路に沿って伝搬するレーザ光ＬＢは、その後、合波・整形され、画像形成部１４０から映像光ＩＬとして出射される。
【０１２５】
光学系２００は、第２光路に沿って伝搬するレーザ光ＬＢを受光するホログラム光学素子２４０と、ホログラム光学素子２４０によって回折されたレーザ光ＬＢを受光する受光アレイ２５０とを更に備える。ホログラム光学素子２４０の回折角は、レーザ光ＬＢの波長に応じて変動する。したがって、半導体レーザ光源２１０から出射されたレーザ光ＬＢの波長が変化すると、受光アレイ２５０に対するレーザ光ＬＢの照射位置が変動する。かくして、受光アレイ２５０上のレーザ光ＬＢの照射位置に基づいて、波長のずれ（変動）が検出される。ホログラム光学素子２４０及び受光アレイ２５０は、波長測定部として例示される。
【０１２６】
受光アレイ２５０は、位置制御部１８１、１８１Ａに測定された波長（照射位置）に関する波長データを出力する。位置制御部１８１、１８１Ａは、上述の如く、波長データを用いて、画像の表示位置を調整する。
【０１２７】
図１０Ｂは、波長データを取得するための光学系２００Ａを概略的に示す。光学系２００Ａは、図１０Ａに関連して説明された光学系２００と同様の半導体レーザ光源２１０、コリメータレンズ２２０及びビームスプリッタ２３０を備える。光学系２００Ａは、ビームスプリッタ２３０によって分離され、第２光路に沿って伝搬するレーザ光ＬＢの一部を透過させる波長フィルタ２４０Ａを更に備える。波長フィルタ２４０Ａの透過特性は、波長依存性を有する。波長フィルタ２４０Ａに対するレーザ光ＬＢの透過光量は、レーザ光ＬＢの波長に応じて変動する。
【０１２８】
図１０Ｂには、波長フィルタ２４０Ａの透過特性を表す概略的なグラフが示されている。図１０Ｂのグラフに従う特性を有する波長フィルタ２４０Ａが第２光路に配設されると、半導体レーザ光源２１０からの光出力が一定であるならば、レーザ光ＬＢの波長に応じて、波長フィルタ２４０Ａを透過したレーザ光ＬＢの光出力（光量）が変動する。
【０１２９】
光学系２００Ａは、波長フィルタ２４０Ａを透過した光量を検出する検出素子２５０Ａを更に備える。検出素子２５０Ａは、例えば、フォトダイオードといった光量を検出可能な光学素子であってもよい。上述の如く、光量の変動は、レーザ光ＬＢの波長変動に関連づけられるので、光量の変動に基づき、レーザ光ＬＢの波長に関する波長データが得られる。検出素子２５０Ａは、光学系２００が備える受光アレイ２５０よりも簡単な光学素子であってもよく、光学系２００Ａは簡素化される。波長フィルタ２４０Ａは、透過要素として例示される。検出素子２５０Ａは、光量検出部として例示される。
【０１３０】
検出素子２５０Ａは、位置制御部１８１、１８１Ａに測定された波長（照射位置）に関する波長データを出力する。位置制御部１８１、１８１Ａは、上述の如く、波長データを用いて、画像の表示位置を調整する。
【０１３１】
光学系２００Ａは、波長のシフト量は、光量として検出される。したがって、印加電流に対する光量値は予め調査されている。
【０１３２】
（走査光学系）
第１実施形態及び第２実施形態の原理は、画像形成部１４０として２次元変調素子が用いられたヘッドアップディスプレイ装置１００，１００Ａに関連して主に説明されている。しかしながら、画像形成部に対して、ミラー素子を用いた走査を通じて画像形成並びに画像表示を行う走査型の光学系が適用されてもよい。
【０１３３】
走査型の光学系が画像形成部として用いられるならば、運転者の眼の位置に応じて、画像形成部によって形成される画像の表示位置が微調整される。
【０１３４】
図１１は、運転者の眼の位置に応じた画像の表示位置の調整手法を表す概略図である。図１１を用いて、運転者の眼の位置に応じた画像の表示位置の調整手法が説明される。
【０１３５】
図１１には、第１高さ位置に存する運転者の眼Ｅ１及び第１高さ位置より５０ｍｍだけ上方の第２高さ位置に存する運転者の眼Ｅ２が示されている。眼Ｅ１に到達する映像光ＩＬの光路は、図１１において、実線で示されている。また、図１１は、眼Ｅ１によって視認される画像の表示位置ＤＰ１を実線で示す。画像が表示位置ＤＰ１で表示されると、映像光ＩＬは、フロントガラスＦＧに取り付けられたホログラムミラー１２０によって反射され、眼Ｅ１に到達する。この結果、運転者は、フロントガラスＦＧ越しに、虚像ＶＩを視認する。
【０１３６】
運転者が眼の位置を第２高さ位置に変えると、映像光ＩＬの光路が運転者の眼からずれるので、運転者は画像を視認しにくくなる。運転者は、画像表示装置を操作し、画像の表示位置を調整することができる。
【０１３７】
図１１には、表示位置ＤＰ１から０．１１ｍｍだけずらされた表示位置ＤＰ２が示されている。また、図１１は、表示位置ＤＰ２から伝搬する映像光ＩＬが点線で示されている。
【０１３８】
画像が表示位置ＤＰ２で表示されると、ホログラムミラー１２０によって反射された映像光ＩＬは、眼Ｅ１より５０ｍｍ上方にある眼Ｅ２に到達する。したがって、運転者は、画像の表示位置を変更し、鮮明な画像を視認することができる。
【０１３９】
図１２は、画像表示装置として例示されるヘッドアップディスプレイ装置の概略図である。図１２を用いて、走査光学系が組み込まれたヘッドアップディスプレイ装置が説明される。
【０１４０】
ヘッドアップディスプレイ装置１００Ｂは、上述の一連の実施形態に関連して説明されたヘッドアップディスプレイ装置１００、１００Ａと同様に、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂ、入力ポート１９０、画像信号処理部１８２及び中間スクリーン１６０を備える。ヘッドアップディスプレイ装置１００Ｂは、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂから出射されたレーザ光ＬＢを整形及び合波する光学系３００と、光学系３００によって整形及び合波されたレーザ光ＬＢを中間スクリーン１６０上で走査する走査ミラー３１０と、走査ミラー３１０を駆動するミラー駆動回路３２０と、を更に備える。走査ミラー３１０は、ミラー駆動回路３２０が発生させた信号に応じて、Ｘ軸及びＹ軸周りに振動し、レーザ光ＬＢを上下左右に走査する。ミラー駆動回路３２０によって駆動される走査ミラー３１０が、レーザ光ＬＢを走査する結果、中間スクリーン１６０上で画像が描かれる。走査ミラー３１０は、反射素子として例示される。
【０１４１】
ヘッドアップディスプレイ装置１００Ｂが表示する画像のデータは、入力ポート１９０に電気信号として入力される。画像信号処理部１８２は、画素毎の輝度データ及び色データに画像データを分解する。画像信号処理部１８２は、ミラー駆動回路３２０から電気信号として送られる走査ミラー３１０の振動周波数に関する情報に基づいて、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂの点灯タイミングを規定するタイミング信号を生成する。
【０１４２】
ヘッドアップディスプレイ装置１００Ｂは、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂを駆動するレーザ駆動回路３３０を更に備える。画像信号処理部１８２は、上述のタイミング信号をレーザ駆動回路３３０に電気信号として出力する。レーザ駆動回路３３０は、受信されたタイミング信号に基づき、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂに必要な電流を供給する。この結果、レーザ光源１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂが点灯する。
【０１４３】
中間スクリーン１６０以降の光学的構成は、上述の一連の実施形態に関連して説明されたヘッドアップディスプレイ装置１００、１００Ａと同様である。
【０１４４】
走査ミラー３１０は、静電駆動されるＭＳＥＭＳミラー、圧電駆動されるＭＥＭＳミラー、電磁駆動されるＭＥＭＳミラーやモータの回転を利用して駆動されるガルバノミラーといった反射素子であってもよい。これらのミラーが画像表示装置として例示されるヘッドアップディスプレイ装置１００Ｂに用いられてもよい。特に、静電駆動されるＭＥＭＳミラーや圧電駆動されるＭＥＭＳミラーは、周辺温度やレーザ照射の有無に応じて特性が変化しやすいので、これらのミラーが画像表示装置に用いられるならば、時々刻々と変化する周辺環境に応じて、レーザ光源の点灯タイミングの補正も適切に行われる。したがって、ＭＥＭＳミラーの温度特性と合わせて、画像の表示位置の補正が実行される。
【０１４５】
図１２に示される光学的な構成を用いて、ヘッドマウントディスプレイが構成されてもよい。
【０１４６】
上述された実施形態は、以下の構成を主に備える。以下の構成を備える画像表示装置が使用されている間、レーザ光源の発振波長の変化と回折素子の回折角変化との間の同期が可能となる。この結果、画像表示装置は、色ずれ、にじみ、解像度劣化が十分に低減された画像を表示することができる。
【０１４７】
上述の実施形態の一の局面に係る画像表示装置は、レーザ光を発するレーザ光源と、前記レーザ光を用いて、画像を表示するための映像光を出射する画像形成要素と、前記映像光を回折する第１回折素子と、前記レーザ光の波長と前記第１回折素子の温度とに基づき、前記画像の表示位置を制御する制御要素と、を備えることを特徴とする。
【０１４８】
上記構成によれば、画像形成要素は、レーザ光源から発せられたレーザ光を用いて、画像を表示するための映像光を出射する。制御要素は、レーザ光の波長と、前記映像光を回折する第１回折素子の温度と、に基づき、画像の表示位置を制御する。したがって、レーザ光の波長及び第１回折素子の温度の変動に起因する画質の劣化が生じにくくなる。
【０１４９】
上記構成において、前記レーザ光源の温度及び前記レーザ光源の周辺温度のうち少なくとも一方を測定し、第１温度データを出力する第１測温部と、前記第１回折素子の温度及び前記第１回折素子の周辺温度のうち少なくとも一方を測定し、第２温度データを出力する第２測温部と、を更に備え、前記制御要素は、前記第１温度データと前記第２温度データとに基づき、前記画像の表示位置を制御することが好ましい。
【０１５０】
上記構成によれば、レーザ光源の温度及びレーザ光源の周辺温度のうち少なくとも一方を測定する第１測温部は、第１温度データを出力する。第１回折素子の温度及び第１回折素子の周辺温度のうち少なくとも一方を測定する第２測温部は、第２温度データを出力する。制御要素は、第１温度データと第２温度データとに基づき、画像の表示位置を制御するので、レーザ光源の温度が引き起こすレーザ光の波長の変動と第１回折素子の温度の変動とに起因する画質の劣化が生じにくくなる。
【０１５１】
上記構成において、前記制御要素は、前記第１温度データと前記第２温度データとに基づき、前記画像の表示位置に対するシフト量を決定し、該シフト量に関するシフト情報を前記画像形成要素に出力し、該画像形成要素は、前記シフト情報に基づき、前記画像の表示位置を変更することが好ましい。
【０１５２】
上記構成によれば、第１温度データと第２温度データとに基づき、画像の表示位置に対するシフト量を決定する制御要素は、シフト量に関するシフト情報を画像形成要素に出力する。画像形成要素は、シフト情報に基づき、画像の表示位置を変更するので、レーザ光源の温度が引き起こすレーザ光の波長の変動と第１回折素子の温度の変動とに起因する画質の劣化が生じにくくなる。
【０１５３】
上記構成において、前記レーザ光源は、第１色相の第１レーザ光を発する第１レーザ光源と、第２色相の第２レーザ光を発する第２レーザ光源と、を含み、前記画像は、前記第１レーザ光によって表現される第１画像と前記第２レーザ光によって表現される第２画像とによって表され、前記シフト情報は、前記第１画像の表示位置のシフト量に関する第１シフト情報と、前記第２画像の表示位置のシフト量に関する第２シフト情報と、を含み、前記制御要素は、前記第１シフト情報と前記第２シフト情報とに基づき、前記第１画像及び前記第２画像の表示位置をそれぞれ独立に変更することが好ましい。
【０１５４】
上記構成によれば、レーザ光源は、第１色相の第１レーザ光を発する第１レーザ光源と、第２色相の第２レーザ光を発する第２レーザ光源と、を含む。画像は、第１レーザ光によって表現される第１画像と第２レーザ光によって表現される第２画像とによって表される。シフト情報は、第１画像の表示位置のシフト量に関する第１シフト情報と、第２画像の表示位置のシフト量に関する第２シフト情報と、を含む。制御要素は、第１シフト情報と第２シフト情報とに基づき、第１画像及び第２画像の表示位置をそれぞれ独立に変更するので、高画質の画像が提供される。
【０１５５】
上記構成において、前記第１回折素子に入射する外光及び前記第１回折素子の周辺に入射する外光のうち少なくとも一方の光量を測定し、前記少なくとも一方の光量に関する光量データを出力する測光部を更に備え、前記制御要素は、前記第１温度データ、前記第２温度データ及び前記光量データに基づき、前記シフト情報を生成することが好ましい。
【０１５６】
上記構成によれば、第１回折素子に入射する外光及び第１回折素子の周辺に入射する外光のうち少なくとも一方の光量を測定する測光部は、少なくとも一方の光量に関する光量データを出力する。制御要素は、第１温度データ、第２温度データ及び光量データに基づき、シフト情報を生成するので、画像の表示位置に対する制御が一層適切に行われる。
【０１５７】
上記構成において、前記第２測温部は、前記映像光の一部を前記第１回折素子と異なる方向に回折する第２回折素子と、該第２回折素子によって回折された前記映像光を受光する受光要素と、を含み、前記第２回折素子は、該第２回折素子の温度に応じて、前記映像光の回折方向を変化させ、前記受光要素は、前記回折方向の変化に応じた前記第２温度データを前記制御要素に出力することが好ましい。
【０１５８】
上記構成によれば、第２測温部は、映像光の一部を第１回折素子と異なる方向に回折する第２回折素子と、第２回折素子によって回折された映像光を受光する受光要素と、を含む。第２回折素子は、第２回折素子の温度に応じて、映像光の回折方向を変化させる。受光要素は、回折方向の変化に応じた第２温度データを制御要素に出力するので、レーザ光源の温度が引き起こすレーザ光の波長の変動と第１回折素子の温度の変動とに起因する画質の劣化が生じにくくなる。
【０１５９】
上記構成において、画像表示装置は、受光要素に設けられたフィルタ要素を更に備え、該フィルタ要素は、迷光を抑制することが好ましい。
【０１６０】
上記構成によれば、受光要素に、迷光を抑制するフィルタが設けられるので、映像光の不必要な回折が抑制される。
【０１６１】
上記構成において、前記画像形成要素は、前記レーザ光を走査し、前記画像を形成し、前記受光要素は、複数の受光領域を含むことが好ましい。
【０１６２】
上記構成によれば、画像形成要素は、レーザ光を走査し、画像を形成する。受光要素は、複数の受光領域を含むので、レーザ光が走査されても、正確な第２温度データが得られる。
【０１６３】
上記構成において、前記受光要素は、前記回折方向の変化方向に整列された複数の受光領域を含むことが好ましい。
【０１６４】
上記構成によれば、受光要素は、回折方向の変化方向に整列された複数の受光領域を含むので、回折方向の変化が適切に検出される。
【０１６５】
上記構成において、前記レーザ光源へ電力を供給する電源要素を更に備え、前記受光要素が前記映像光を受光しないとき、又は、前記受光要素が受光した前記映像光の光量が、該光量に対して定められた光量閾値を下回るとき、前記制御要素は、前記電源要素を制御し、前記電力の供給を停止させることが好ましい。
【０１６６】
上記構成によれば、レーザ光源へ電力を供給する電源要素を更に備える。受光要素が映像光を受光しないとき、又は、受光要素が受光した映像光の光量が、光量に対して定められた光量閾値を下回るとき、制御要素は、電源要素を制御し、電力の供給を停止させる。したがって、画像表示装置の安全性が向上する。
【０１６７】
上記構成において、前記制御要素は、前記レーザ光源の温度特性と前記第１回折素子の温度特性とを含む温度特性データを記憶する記憶部と、前記第１温度データ、前記第２温度データ及び前記温度特性データに基づき、前記シフト情報を生成する生成部と、前記シフト情報を含む信号を生成及び出力する出力部と、を含むことが好ましい。
【０１６８】
上記構成によれば、制御要素の記憶部は、レーザ光源の温度特性と第１回折素子の温度特性とを含む温度特性データを記憶する。制御要素の生成部は、第１温度データ、第２温度データ及び温度特性データに基づき、シフト情報を生成する。出力部は、シフト情報を含む信号を生成及び出力するので、レーザ光源の温度及び第１回折素子の温度の変動に起因する画質の劣化が生じにくくなる。
【０１６９】
上記構成において、前記レーザ光の波長を測定し、該波長に関する波長データを出力する波長測定部を更に備え、前記制御要素は、前記波長データと前記第２温度データとに基づき、前記画像の表示位置を制御することが好ましい。
【０１７０】
上記構成によれば、レーザ光の波長を測定する波長測定部は、レーザ光の波長に関する波長データを出力する。制御要素は、波長データと第２温度データとに基づき、画像の表示位置を制御するので、レーザ光の波長の変動と第１回折素子の温度の変動とに起因する画質の劣化が生じにくくなる。
【０１７１】
上記構成において、前記波長測定部は、前記レーザ光を回折するホログラム素子と、該ホログラム素子によって回折された前記レーザ光を受光し、前記ホログラム素子の回折角の変化を検出する受光アレイと、を含み、前記ホログラム素子は、前記レーザ光の波長に応じて、該レーザ光に対する回折角を変化させることが好ましい。
【０１７２】
上記構成によれば、波長測定部は、レーザ光を回折するホログラム素子と、ホログラム素子によって回折されたレーザ光を受光し、ホログラム素子の回折角の変化を検出する受光アレイと、を含む。ホログラム素子は、レーザ光の波長に応じて、レーザ光に対する回折角を変化させるので、レーザ光の波長変動が適切に検出される。
【０１７３】
上記構成において、前記波長測定部は、前記レーザ光の一部を透過させる透過要素と、該透過要素を透過した前記レーザ光の光量を検出する光量検出部と、を含み、前記透過要素は、前記レーザ光の波長に応じて、前記レーザ光の透過光量を変動させ、前記光量検出部は、前記透過光量の変動に基づき、前記波長データを生成することが好ましい。
【０１７４】
上記構成によれば、波長測定部は、レーザ光の一部を透過させる透過要素と、透過要素を透過したレーザ光の光量を検出する光量検出部と、を含む。透過要素は、レーザ光の波長に応じて、レーザ光の透過光量を変動させる。光量検出部は、透過光量の変動に基づき、波長データを生成するので、レーザ光の波長の変動と第１回折素子の温度の変動とに起因する画質の劣化が生じにくくなる。
【０１７５】
上記構成において、前記画像形成要素は、前記レーザ光を走査するための反射素子を含むことが好ましい。
【０１７６】
上記構成によれば、画像形成要素は、レーザ光を走査するための反射素子を含むので、高い精度且つ省電力で、画像が形成される。
【０１７７】
上記構成において、前記反射素子は、静電駆動又は圧電駆動されるＭＥＭＳミラーを含むことが好ましい。
【０１７８】
上記構成によれば、反射素子は、静電駆動又は圧電駆動されるＭＥＭＳミラーを含むので、高い精度且つ省電力で、画像が形成される。
【０１７９】
上記構成において、前記回折素子は、車両のフロントガラスに取り付けられることが好ましい。
【０１８０】
上記構成によれば、第１回折素子は、車両のフロントガラスに取り付けられるので、画像表示装置は、車載用のヘッドアップディスプレイとして好適に用いられる。
【０１８１】
上記構成において、上述の画像表示装置が車両に搭載された車載用画像表示装置であって、前記車両を運転する運転者と前記車両のフロントガラスとの間に配設された前記受光要素は、第１受光領域と、前記第１受光領域よりも前記運転者の近くに配設された第２受光領域と、を含み、前記第２受光領域は、前記第１受光領域よりも大きな受光面を有することが好ましい。
【０１８２】
上記構成によれば、上述の画像表示装置は、車両に搭載され、車載用画像表示装置として用いられる。車両を運転する運転者と車両のフロントガラスとの間に配設された受光要素は、第１受光領域と、第１受光領域よりも運転者の近くに配設された第２受光領域と、を含む。第２受光領域は、第１受光領域よりも小さな受光面を有するので、レーザ光の波長変動が適切に検出される。
【産業上の利用可能性】
【０１８３】
本実施形態の原理に従う画像表示装置が使用されている間、レーザ光の発光スペクトルのシフト量とホログラムの回折角の温度変化との間の同期が達成される。その結果、色ズレ、にじみや解像度の劣化といった画質の低下が生じにくくなる。かくして、本実施形態の原理は、ヘッドアップディスプレイやヘッドマウントディスプレイといった様々な画像表示装置に好適に適用される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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